JP2000349350A - Method for manufacturing thermoelectric module - Google Patents
Method for manufacturing thermoelectric moduleInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱電モジュールの
製造方法に関し、特に、コストが低く、信頼性が高い熱
電モジュールの製造方法に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a thermoelectric module, and more particularly, to a method for manufacturing a thermoelectric module with low cost and high reliability.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、熱電モジュールの製造方法として
は、はんだめっき法又はクリームはんだ法等が知られて
いる。図３（ａ）ははんだめっき法を示す模式図であ
り、（ｂ）はクリームはんだ法を示す模式図である。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of manufacturing a thermoelectric module, a solder plating method or a cream solder method has been known. FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a solder plating method, and FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a cream solder method.
【０００３】はんだめっき法では、図３（ａ）に示すよ
うに、熱電素子１００にはＣｕ電極１０２との接合面に
金属層１０１が形成されている。この金属層１０１には
はんだめっき層１０４が形成されている。この熱電素子
１００と基板１０３の上に形成されたＣｕ電極１０２と
の間にフラックス１０５を配置して、熱電素子１００と
Ｃｕ電極１０２とを接合している。このはんだめっき法
は、はんだの量の制御が容易であると共に、はんだ内に
気泡が残りにくいという特徴がある。In the solder plating method, as shown in FIG. 3A, a metal layer 101 is formed on a thermoelectric element 100 on a bonding surface with a Cu electrode 102. On this metal layer 101, a solder plating layer 104 is formed. The flux 105 is arranged between the thermoelectric element 100 and the Cu electrode 102 formed on the substrate 103, and the thermoelectric element 100 and the Cu electrode 102 are joined. This solder plating method is characterized in that it is easy to control the amount of solder and air bubbles hardly remain in the solder.
【０００４】一方、クリームはんだ法では、図３（ｂ）
に示すように、金属層１０１が形成された熱電素子１０
０と基板１０３上に形成されたＣｕ電極１０２との間に
クリームはんだ１０６を配置して、熱電素子１００とＣ
ｕ電極１０２とを接合している。このクリームはんだ法
はコストが安いという特徴を有している。On the other hand, in the cream solder method, FIG.
As shown in FIG. 3, the thermoelectric element 10 on which the metal layer 101 is formed
0 and a Cu electrode 102 formed on a substrate 103, a cream solder 106 is
The u electrode 102 is joined. This cream solder method has a feature of low cost.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、はんだめっき
法では、はんだめっき層１０４を形成する必要があり、
このため、めっき工程に時間がかかり、また、めっき廃
液処理にコストがかかるという問題点がある。However, in the solder plating method, it is necessary to form a solder plating layer 104,
For this reason, there is a problem that it takes a long time for the plating process and a cost for treating the plating waste liquid.
【０００６】一方、クリームはんだ法は、はんだ量の制
御が困難であり、はんだ内に気泡が残留し易いという問
題点がある。[0006] On the other hand, the cream solder method has a problem that it is difficult to control the amount of solder and bubbles tend to remain in the solder.
【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、コストが低く、接合部材の量の制御が容易
である熱電モジュールの製造方法を提供することを目的
とする。[0007] The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a method of manufacturing a thermoelectric module which is low in cost and easy to control the amount of joining members.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明に係る熱電モジュ
ールの製造方法は、熱電材料により形成された基材の両
面に金属膜を形成する工程と、電極と前記基材とを接続
するための接合部材を前記金属膜の表面に接着する工程
と、前記基材を複数に分割して熱電素子を得る工程とを
有することを特徴とする。According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a thermoelectric module, comprising the steps of: forming a metal film on both surfaces of a substrate formed of a thermoelectric material; and connecting an electrode to the substrate. The method includes a step of bonding a bonding member to a surface of the metal film, and a step of dividing the base material into a plurality to obtain a thermoelectric element.
【０００９】本発明においては、前記接合部材ははんだ
部材であり、前記接合部材を前記金属膜の表面に接着す
る工程は、前記はんだ部材をはんだ用フラックスを含有
する接着剤により前記金属膜の表面に接着する工程であ
ることが好ましい。In the present invention, the bonding member is a solder member, and the step of bonding the bonding member to the surface of the metal film includes the step of bonding the solder member to the surface of the metal film with an adhesive containing a flux for soldering. Preferably, the step is to adhere to the surface.
【００１０】また、本発明においては、前記接合部材は
急冷法により製造されたシート状部材であることが好ま
しい。In the present invention, it is preferable that the joining member is a sheet-like member manufactured by a quenching method.
【００１１】本発明においては、熱電材料により形成さ
れた基材の両面に金属膜を形成し、基板等に形成された
電極と前記基材とを接続するための接合部材を金属膜の
表面に接着し、その後、前記基材を複数に分割して熱電
素子を得ることにより、熱電モジュールの製造に際して
接合部材の量の制御が容易になるため、コストを削減す
ることができる。接合部材としてはんだ部材を使用した
場合には、はんだ量の制御が容易になると共に、はんだ
内に気泡ができにくくなる。In the present invention, a metal film is formed on both surfaces of a substrate formed of a thermoelectric material, and a joining member for connecting an electrode formed on a substrate or the like and the substrate is formed on the surface of the metal film. By bonding and then dividing the base material into a plurality to obtain a thermoelectric element, it becomes easy to control the amount of joining members when manufacturing the thermoelectric module, so that the cost can be reduced. When a solder member is used as a joining member, it is easy to control the amount of solder, and it is difficult to generate bubbles in the solder.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る熱電
モジュールの製造方法について添付の図面を参照して詳
細に説明する。図１（ａ）乃至（ｆ）は本発明の実施例
に係る熱電モジュールの製造方法を工程順に示す模式図
である。図２は図１（ｆ）の拡大図である。本実施例に
おいては、図１（ａ）に示すように、先ず、所定の化学
組成を有する熱電材料を使用してホットプレス又は熱電
材料を溶融して形成する溶製法により熱電バルク材１を
形成する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1A to 1F are schematic views showing a method for manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention in the order of steps. FIG. 2 is an enlarged view of FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 1 (a), first, a thermoelectric material having a predetermined chemical composition is used to form a thermoelectric bulk material 1 by hot pressing or a melting method of melting and forming the thermoelectric material. I do.
【００１３】次いで、図１（ｂ）に示すように、熱電バ
ルク材１をワイヤーソウ又は内周刃によりスライス切断
して基材２を形成する。Next, as shown in FIG. 1B, the thermoelectric bulk material 1 is slice-cut by a wire saw or an inner peripheral blade to form a base material 2.
【００１４】次いで、図１（ｃ）に示すように、基材２
の両面に例えば、Ｎｉからなる金属膜３を例えば、電界
めっき法により形成する。Next, as shown in FIG.
A metal film 3 made of, for example, Ni is formed on both surfaces by, for example, an electroplating method.
【００１５】次いで、図１（ｄ）に示すように、各金属
膜３の上に接着剤４を介してはんだシート（はんだ部
材）５を両面側から加圧して接着する。これにより、ウ
エハ６を得る。Next, as shown in FIG. 1D, a solder sheet (solder member) 5 is bonded onto each metal film 3 via an adhesive 4 from both sides by pressing. Thus, a wafer 6 is obtained.
【００１６】次いで、図１（ｅ）に示すように、ウエハ
６を例えば、ダイシングにより、一面の各辺の長さが
０．６５ｍｍで高さが１．００ｍｍの大きさに切断す
る。これにより熱電素子７を得る。Next, as shown in FIG. 1 (e), the wafer 6 is cut by, for example, dicing into a size having a length of each side of 0.65 mm and a height of 1.00 mm. Thereby, the thermoelectric element 7 is obtained.
【００１７】次いで、図１（ｆ）及び図２に示すよう
に、例えば、１０ｍｍ角の基板１０に電極９を形成し、
この電極９と熱電素子７との間にフラックス８を配置し
て、リフロー炉又は両面ホットプレスを使用してはんだ
付けをする。これらの工程により、熱電モジュールを作
製することができる。Next, as shown in FIGS. 1F and 2, an electrode 9 is formed on a substrate 10 of, for example, 10 mm square.
The flux 8 is arranged between the electrode 9 and the thermoelectric element 7, and soldering is performed using a reflow furnace or a double-sided hot press. Through these steps, a thermoelectric module can be manufactured.
【００１８】本実施例においては、熱電材料により形成
された基材２の両面に金属膜３を形成し、基板に形成さ
れた電極９に接続されるはんだシート５を金属膜３の表
面に接着し、更に、基材２を複数に分割し熱電素子７を
形成することにより、熱電モジュールの製造に際しては
んだシート５の制御が容易になるため、はんだ量の制御
が容易になり、コストを削減することができると共に、
はんだ内に気泡ができにくくなる。In this embodiment, a metal film 3 is formed on both sides of a substrate 2 made of a thermoelectric material, and a solder sheet 5 connected to an electrode 9 formed on the substrate is bonded to the surface of the metal film 3. Furthermore, by dividing the base material 2 into a plurality and forming the thermoelectric elements 7, the control of the solder sheet 5 in the production of the thermoelectric module becomes easy, so that the control of the amount of solder becomes easy and the cost is reduced. While being able to
Bubbles are less likely to form in the solder.
【００１９】また、本実施例においては、金属膜３をＮ
ｉで形成したが、特にこれに限定されるものではなく、
Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ又はＡｌとしてもよい。また、この
金属膜３の形成方法は、無電解めっき法、スパッタ法又
は蒸着により形成することができる。更に、はんだ付け
性を向上させるため、金属膜３の上にＡｕ層、Ｓｎ層又
ははんだ層を形成することが好ましい。In the present embodiment, the metal film 3 is made of N
Although formed with i, it is not particularly limited to this,
Ni-P, Ni-B or Al may be used. Further, the metal film 3 can be formed by an electroless plating method, a sputtering method, or vapor deposition. Further, it is preferable to form an Au layer, a Sn layer or a solder layer on the metal film 3 in order to improve the solderability.
【００２０】更に、本実施例においては、はんだシート
５は、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｐｂ−Ｓｂ又
はＳｎ−Ａｇ等を含有するものである。また、このはん
だシート５の膜厚は１０乃至３０μｍであることが好ま
しい。Further, in this embodiment, the solder sheet 5 contains, for example, Sn-Pb, Sn-Sb, Pb-Sb or Sn-Ag. The thickness of the solder sheet 5 is preferably 10 to 30 μm.
【００２１】このはんだシート５の製造方法としては、
圧延法が一般的である。しかし、表面の汚れを防止する
ため、本実施例においては、はんだシート５を急冷法に
より製造することが望ましい。この急冷法はアモルファ
ス薄帯を作製する単ロール法等を使用して作製する方法
である。この急冷法によれば、はんだシート５表面の汚
れ又は酸化物等が少ないため、圧延法により作製された
はんだシート５よりもはんだ付け性が良く、この方法に
は特に最適である。なお、急冷法には単ロール法の他に
双ロール法等がある。The method for manufacturing the solder sheet 5 is as follows.
The rolling method is common. However, in this embodiment, it is desirable to manufacture the solder sheet 5 by a quenching method in order to prevent surface contamination. This quenching method is a method for producing an amorphous ribbon using a single roll method or the like. According to the quenching method, since the surface of the solder sheet 5 is less contaminated or oxidized, the solderability is better than that of the solder sheet 5 produced by the rolling method, and is particularly suitable for this method. The quenching method includes a twin-roll method in addition to a single-roll method.
【００２２】更に、接着剤４としては、はんだシート５
がはんだであるときには、ロジン等を含むフラックスを
主成分とするものであることが好ましい。即ち、はんだ
用フラックスを含有する接着剤４を使用することが好ま
しい。更にまた、接着剤４はシート状とすることが望ま
しい。このことにより、接着剤４はフラックスの役目も
果たす。Further, as the adhesive 4, a solder sheet 5
When is a solder, it is preferable that the main component is a flux containing rosin or the like. That is, it is preferable to use the adhesive 4 containing a solder flux. Furthermore, it is desirable that the adhesive 4 be in the form of a sheet. Thereby, the adhesive 4 also functions as a flux.
【００２３】なお、ウエハ６の切断はダイシングに限定
されるものではなく、マルチワイヤーソウ又はレーザ等
により切断することもできる。The cutting of the wafer 6 is not limited to dicing, but may be performed by a multi-wire saw or a laser.
【００２４】更にまた、本実施例においては、熱電素子
７と電極９との間にフラックス８を配置してはんだ付け
をしているが、フラックス８に限定されるものではな
く、フラックスを含むクリームはんだとしてもよい。Furthermore, in this embodiment, the soldering is performed by arranging the flux 8 between the thermoelectric element 7 and the electrode 9. However, the present invention is not limited to the flux 8 and the cream containing the flux is soldered. It may be solder.
【００２５】[0025]
【実施例】以下、本発明の実施例方法により製造された
熱電モジュールについて、その特性を比較例と比較して
具体的に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the characteristics of a thermoelectric module manufactured by the method of the embodiment of the present invention will be specifically described in comparison with comparative examples.
【００２６】熱電モジュールをめっきはんだ法、クリー
ムはんだ法及び本発明の方法により製造した。製造した
熱電モジュールの製造コスト、はんだの空隙の有無及び
はんだ量の制御性について評価した。評価は、製造コス
トについては、クリームはんだ法を１００として評価
し、極めて良好なものを◎、良好なものを○、不良なも
のを×とした。はんだの空隙の有無については、空隙が
無いものをなしとし、空隙があったものを有りとした。
はんだの制御性については、良好なものを○とし、不良
なものを×とした。これらの結果を表１に示す。なお、
表１中、製造コストの欄の（）内の数値はクリームはん
だ法を１００としたときの製造コストを示す。A thermoelectric module was manufactured by the plating solder method, the cream solder method, and the method of the present invention. The manufacturing cost of the manufactured thermoelectric module, the presence or absence of voids in the solder, and the controllability of the amount of solder were evaluated. With regard to the production cost, the cream solder method was evaluated as 100, and ◎ was extremely good, ◎ was good, and × was bad. Regarding the presence or absence of voids in the solder, those without voids were regarded as empty, and those with voids were regarded as present.
Regarding the controllability of the solder, a good one was evaluated as 、, and a poor one was evaluated as ×. Table 1 shows the results. In addition,
In Table 1, the numerical value in parentheses in the column of the production cost indicates the production cost when the cream solder method is set to 100.
【００２７】[0027]
【表１】 [Table 1]
【００２８】上記表１に示すように、本発明の製造方法
が総合的最も優れていた。一方、クリームはんだ法はは
んだの空隙が有った。めっきはんだ法は製造コストが高
かった。As shown in Table 1 above, the production method of the present invention was the best overall. On the other hand, the cream solder method had voids in the solder. The plating solder method had a high manufacturing cost.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上詳述したように本発明においては、
熱電材料により形成された基材の両面に金属膜を形成
し、基板に形成された電極と基材とを接続するための接
合部材を金属膜の表面に接着し、その後、基材を複数に
分割して熱電素子を得ることにより、熱電モジュールの
製造に際して接合部材の量の制御が容易になるため、コ
ストを削減することができる。また、接合部材としては
んだ部材を使用した場合には、はんだ量の制御が容易に
なると共に、はんだ内に気泡ができにくくなる。As described in detail above, in the present invention,
A metal film is formed on both surfaces of a substrate formed of a thermoelectric material, and a bonding member for connecting an electrode formed on the substrate and the substrate is bonded to the surface of the metal film. By dividing and obtaining the thermoelectric element, it is easy to control the amount of the joining member in the production of the thermoelectric module, so that the cost can be reduced. In addition, when a solder member is used as a joining member, the amount of solder is easily controlled, and bubbles are not easily generated in the solder.
【図１】 （ａ）乃至（ｆ）は本発明の実施例に係る熱
電モジュールの製造方法を工程順に示す模式図である。FIGS. 1A to 1F are schematic views showing a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention in the order of steps.
【図２】 図１（ｆ）の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of FIG.
【図３】 （ａ）ははんだめっき法を示す模式図であ
り、（ｂ）はクリームはんだ法を示す模式図である。3A is a schematic diagram illustrating a solder plating method, and FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a cream solder method.
１；熱電バルク材、 ２；基材、 ３；金属膜、 ４；
接着剤、 ５；はんだシート、 ６；ウエハ、 ７、１
００；熱電素子、 ８、１０５；フラックス、９；電
極、 １０、１０３；基板、 １０１；金属層、 １０
２；Ｃｕ電極、１０４；はんだめっき、 １０６；クリ
ームはんだ1; thermoelectric bulk material; 2; substrate; 3; metal film; 4;
Adhesive, 5; solder sheet, 6; wafer, 7, 1
00; thermoelectric element, 8, 105; flux, 9; electrode, 10, 103; substrate, 101; metal layer, 10
2; Cu electrode; 104; solder plating; 106; cream solder
Claims (3)
金属膜を形成する工程と、電極と前記基材とを接続する
ための接合部材を前記金属膜の表面に接着する工程と、
前記基材を複数に分割して熱電素子を得る工程とを有す
ることを特徴とする熱電モジュールの製造方法。A step of forming a metal film on both surfaces of a base material formed of a thermoelectric material; and a step of bonding a bonding member for connecting an electrode and the base material to a surface of the metal film;
Obtaining the thermoelectric element by dividing the base material into a plurality of pieces.
接合部材を前記金属膜の表面に接着する工程は、前記は
んだ部材をはんだ用フラックスを含有する接着剤により
前記金属膜の表面に接着する工程であることを特徴とす
る請求項１に記載の熱電モジュールの製造方法。2. The bonding member is a solder member, and the step of bonding the bonding member to a surface of the metal film includes bonding the solder member to a surface of the metal film with an adhesive containing solder flux. The method for manufacturing a thermoelectric module according to claim 1, which is a step.
シート状部材であることを特徴とする請求項１又は２に
記載の熱電モジュールの製造方法。3. The method for manufacturing a thermoelectric module according to claim 1, wherein the joining member is a sheet-like member manufactured by a quenching method.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15716999A JP3572997B2 (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Manufacturing method of thermoelectric module |
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| JP2000349350A true JP2000349350A (en) | 2000-12-15 |
| JP3572997B2 JP3572997B2 (en) | 2004-10-06 |
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| JP (1) | JP3572997B2 (en) |
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-
1999
- 1999-06-03 JP JP15716999A patent/JP3572997B2/en not_active Expired - Lifetime
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| KR102346773B1 (en) | 2015-11-18 | 2022-01-03 | 닛토덴코 가부시키가이샤 | Method of manufacturing a semiconductor device |
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